软交换组网技术及应用

摘要:基于分组交换的软交换网络中，路由的概念发生了很大的变化。通过引入路由服务器，合理规划网络结构，可以提高网络的效率。本文阐述软交换网络的组网模式，并对软交换网络建设各个阶段的组网模式应用及相关问题进行分析和探讨。

　　关键词:网络组织 路由服务器 无级网 分级网 应用

1、引言

　　随着IP网络技术的不断发展成熟，传统电信业务向IP网络转移已经形成一种不可逆转的趋势。而软交换基于分组传送网络的体系架构正好迎合了IP网络迅猛发展的趋势。利用软交换组建下一代网络，提供语音/数据/图像的综合业务，成为各电信运营商考虑的焦点。

　　软交换由于其终端设备布放简单，业务开展快捷等特点，目前已经在国内外得到大量的应用。如何利用软交换设备快速提供目前在现有网络上实现困难的业务，以及软交换如何进行网络组织以适应数据网络的特点等问题是业界探讨较多的话题。

　　本文对软交换网络体系中的网络组织问题进行技术研究和探讨。

2、路由服务器（RS）的引入

　　在PSTN网络中，采用分级网络架构，交换设备根据所处位置不同分为端局交换机、汇接交换机、长途交换机三级。在一个呼叫中，信令和媒体都采用逐段转发的方式，汇接和长途交换机同时终结信令和媒体，因此汇接和长途交换机实现了话务汇聚和中继资源共享的功能。在路由选择时有直达路由和迂回路由之分，对一个目标局可选择的路由个数最大可达5个。

　　软交换网络体系中，网关之间的媒体承载是采用端到端的方式，而软交换之间的协议消息可以是端到端，也可以中间经过专门的汇接软交换转发。但是，鉴于分组网络尽力而为、服务质量无保证等特点，应在组网时考虑尽量减少协议消息的中间转发次数。

　　因此，软交换网络路由的概念跟PSTN网络有很大的不同，不再有直达路由和迂回路由之分，针对一个呼叫的目标局路由将只有一个，即下一跳软交换（可能是被叫所在的软交换，也可能是中间汇接软交换）。在软交换网络达到一定规模时，如果软交换之间网状连接，路由数据将十分庞大，通过软交换本身细化路由配置难以实现。有必要引入大容量、高性能的服务器专门承担路由解析工作，本文统一称为路由服务器（RS：Route Server），其功能等同于TRIP(Telephony RouTIng over IP)协议中的位置服务器（LS：LocaTIon Server）。

3、软交换网络结构

3.1 无级网

　　网络的所有软交换位于同一平面上，发端软交换直接路由到收端软交换，软交换之间是一种网状网结构。软交换网络的路由信息存放在RS中，RS可以分地域分级配置，RS之间可以实现路由信息的路由的查询以及动态同步更新。

3.1.1 网络结构

　　RS分为两层，其中，1）省级RS存储的信息包括：与它相连的软交换的用户信息（例如SIP地址、E.164地址），以及软交换地址信息；其他省级RS的地址及用户信息。2）国家级RS存储的信息包括省级RS的地址及用户信息。

　　在RS完成路由同步后，省A软交换A的用户A需要与省B软交换B的用户B通话，具体过程如下：

1）省A软交换A向RS_A查询用户B的位置信息；2) RS_A向RS_B查询用户B的位置信息；3) RS_B向RS_A返回用户B所属的软交换B的地址信息；4) 软交换A向软交换B发送SIP信令，要求建立呼叫。

3.1.2 优点和不足：

　　优点：1）软交换通过RS可以直接路由到目的软交换，避免了呼叫信令消息在IP网中的多次处理转发；2）路由数据集中设置，统一管理，一个软交换的路由信息更新时，可以通过TRIP等协议及时广播到其他RS，便于路由数据的配置管理。不足：1）需要配备系列的RS，网络建设成本较高，初期可以考虑RS与软交换合设以降低建设成本；2）所有呼叫需要向RS查询路由数据，对软交换系统的处理效率有一定影响；3）由于不同厂家采用的策略、协议有差别，目前设备互通困难。

3.2 分级网

　　呼叫控制协议消息通过多个软交换转接，媒体是端到端连接。软交换可以分为本地服务软交换和省际汇接软交换两个层面。本地服务软交换负责给服务区域内用户提供丰富的业务，包括话音/数据/图像的综合业务等。省际汇接软交换负责汇接软交换的省际业务，主要负责路由以及协议的转接，不需要控制网关设备进行媒体连接。

3.2.1 网络结构

　　对路由服务器有以下要求：1）路由数据的存放，负责提供省内本地软交换之间端到端的路由信息，及本地软交换到省际软交换的路由信息；2）本地软交换路由数据变化只需要与本省的RS同步；省际软交换数据变化时，需要与其他省RS进行同步。3）对于同一个被叫地址，能根据发起查询请求的软交换级别不同返回不同的路由信息。如对于一个出省呼叫，本地软交换查询时，返回结果为省际软交换的IP地址，省际软交换查询时，返回对端省际软交换的IP地址信息。

　　在RS完成路由同步后，省A软交换A的用户A需要与省B软交换B的用户B通话，具体过程如下：

1）省A本地软交换A向RS_A查询用户B的位置信息；2) RS_A向本地软交换A返回省际软交换A'的地址信息；3) RS_A向省际软交换A'发送SIP消息，请求呼叫接续；4) 省际软交换A'接收到SIP消息后，查询RS_A，请求用户B的路由信息。5）RS_A向省际软交换A'返回省际软交换B'的地址信息；6) 省际软交换A' 向省际软交换B' 发送SIP消息，请求呼叫接续；7) 省际软交换B' 接收到SIP消息后，查询RS_B，请求用户B的路由信息；8) RS_B向省际软交换B'返回本地软交换B的地址信息；9）省际软交换B' 向本地软交换B发送SIP消息，请求呼叫接续。

3.2.2 优点和不足：

　　优点：1）只通过省际软交换与外网互通，可以屏蔽省内软交换的网络状况，安全性较好；2）采用RS机制，可以通过TRIP协议等灵活管理域内的路由信息。

　　不足：1）跨省呼叫的协议信息需要经过多段转发，对分组网络可靠性要求提高；2）对呼叫的接续时间等相关服务质量可能会有一定影响；3）省际软交换规划时需要考虑容量、安全备份等相关问题。

3.3 组网模式应用建议

3.3.1 网络建设初期

　　业务驱动网络建设，在建设初期，利用软交换提供的业务量比较小，网络规模也就相对较小。软交换需要独立设点，逐步由点到面，扩展网络容量。

　　在多网并存、PSTN网占据绝对优势点面的情况下，软交换没有大面积铺开，能有直接联系的软交换数量有限，更多的用户互通需要依赖SG、TG上电路交换网络解决。因此，这一阶段的网络建设基本是采用无级网方式，且路由服务器与软交换合设。

　　同时，因为软交换提供的业务需要覆盖多个本地网，一个软交换设备必须能够控制放置在多个本地网的网关设备。软交换网络作为PSTN的叠加网提供业务。为了后续业务增长时网络扩展的便利，初期宜采用应用服务器与软交换分设的模式，增值业务统一由应用服务器提供，软交换只负责基本业务的功能实现以及增值业务的接入及触发。

　　在功能上，需要对软交换必须增加以下要求：（1）要求软交换不仅有分权限管理的功能，还需要具备分地域对用户、中继等数据进行管理的功能；（2）由于软交换相当于现有PSTN网络的长途/市话/SSP合一的设备，提供业务丰富，因此需要在分域的基础上，能够分业务管理计费数据；（3）由于软交换需要与多个本地网的交换机设备建立信令路由，而每个本地网的点码分配机制不同，因此要求软交换具备多信令点码的功能。

3.3.2 网络建设中期

　　随着业务的发展，业务需求增加，网络规模扩大，网络中软交换节点数逐步增加。软交换所控制的包交换网与电路交换网所占用户面极其接近甚至略胜一筹时，原有的电路交换网逐步退到边缘，数据网用户不断增加。

　　这个时候要依靠软交换本身细化相关路由的配置已经很难实现，可以考虑引进若干RS承担起路由解析的重任，RS的出现可以开始是个别的，分别负担部分软交换的路由信息，这时候RS全部处于一个层次。引入RS时，一方面要考察软交换对相关协议的支持，另一方面要考察采用RS路由方式对软交换处理能力等性能的影响。

　　由于每个地域软交换网络建设的步伐不一，因此这一阶段，运营商可以根据每个地域所采用设备对协议的支持情况，通过省际软交换的方式，或省级RS的方式实现地域之间的软交换网络的互通。

3.3.3 网络建设后期

　　软交换控制的包交换网络规模继续扩大,当RS的个数增加到一定程度时每个RS都会面临路由数据的配置及维护压力,此时需要对RS的组网进行优化。通过配置省级RS及国家级RS来缓解区域RS的困顿,网络在演进过程中逐步形成RS分级、软交换扁平的组网模式。

4 其他相关问题

4.1 与RS相关的协议能力要求

1）软交换与RS之间的协议能力要求：

● 路由信息的检索；

　　RS根据软交换的请求检索路由信息。

● 路由信息的增加/删除/修改；

　　软交换用户号段变化或发现网络拥塞引起路由信息的更改时，应能通过相关协议及时通知RS，RS对相关路由信息进行更新并广播通知其他相关RS。

● RS对软交换的鉴权认证；

　　应能对发起请求的软交换进行鉴权认证。防止非法软交换窃取路由信息。

● 心跳机制。

　　软交换与RS之间应有心跳机制，定期检测对方的存活信息。软交换在发现与RS连接中断时，可以切换到配对的RS。相应地，RS发现与某个软交换的连接中断时，应立即把到该软交换的路由状态信息进行更新，并广播通知相关RS。

2）RS之间的协议能力要求：

● 交换和同步RS之间的路由信息；

　　RS之间路由表同步结束后，当路由表的内容发生改变时，将能向相关RS发送新的路由信息。

● 路由的检索；

　　根据下一级RS发起的请求检索路由信息。

● 防止寻址的路由循环；

　　防止寻址时产生RS之间的路由循环。

● RS之间的鉴权认证；

　　应能对交互信息的RS进行鉴权认证。

● 心跳机制

　　RS之间可通过心跳机制,定期检测对端的存活信息。

4.2 运营商之间软交换网络的互通

　　不管运营商内部网络采用何种组网方式，在实现运营商之间的网络互通时，由于涉及互联互通故障定位、费用结算等问题，一般考虑采用关口软交换和关口网关的组网方式。

　　在网络中设置若干个关口软交换，负责汇聚运营商之间的互通业务。一方面出于网络的安全性考虑，需要屏蔽运营商内部的网络结构；另一方面这种结构也可以便于互联互通故障的处理。这些关口软交换需要完成协议的转接以及对媒体流进行控制。关口网关负责过网媒体流的汇聚。

　　关口软交换需要实现现有关口局的黑白名单、过负荷控制、计费等相关功能。关口软交换与其他运营商网络的软交换路由数据可以存放在关口软交换中，直接路由到对端关口软交换，也可以通过RS完成路由。

5、结束语

　　综上所述，在软交换控制的分组交换网络中，路由的概念已经发生了很大的变化，采用路由服务器直接路由到目的软交换是适应分组交换网络的一种组网方案。路由服务器的引入，应在综合考虑网络规模，设备对协议的支持等问题的基础上，进行统一的规划和部署。